JPH0375194B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 航空機が製造される最初の段階では、荷重を支
持する基礎構造に対し外被カバーを適用するため
の締留具を供給することが必要である。これは外
被とその基礎構造との間の剪断及び引張荷重に耐
え得るものでなければならない。航空機産業にお
いては長期にわたつてこの要求を満たすために機
械的な締留具を用いてきたが、これは特に航空機
のデサイン及び構造の発展経過において、機体が
一貫して金属から製造されてきたからである。

航空機設計における最近の発展は例えばグラフ
アイト−エポキシなどのような進歩した複合材料
（composit material）を50％またはそれ以上用
いて製造された新世代の航空機を生み出した。こ
れらの航空機の設計における複雑性に基づき、今
日の航空機製造技術は自動化工程によりそれぞれ
の進歩した複合パーツを経済的に加工し、かつ組
立てるようになつてきた。しかしながら今日まで
のところ、これらのパーツの組立を自動的に行な
うための適当な手段は今もつて未開発といえる。
したがつて製造業界は、複合材料構造を基礎構造
に締結するために、現在までなお機械的な締留具
により行なつている。一方この機械的な締留具の
使用はそれらの特別なドリル穿孔や補強を要する
こと、及びそのような締留具を重大な腐触問題が
発生しないよう比較的高価な物質から形成すべき
であるという要求に基づき、その最終的な組立コ
ストを増大させるものである。

したがつて本発明の基本の目的は、複合材料か
らなる機体パーツを綴じ合せるための装置を従来
の他の綴じ合せ技術の使用に代わるものとして提
供することである。本発明の別の目的は進歩した
複合材料構合における直線通路、撓み通路、ねじ
れ通路、及びその他の高度に複雑な通路に沿つて
綴じ合せることができる綴合せ装置を提供するこ
とである。本発明の更に別の目的は、進歩した複
合材料構造に存在する直線通路及び複雑な輪郭通
路に沿つて綴じ合せを進めるのに必要な自在の運
動を行なうための６本の運動軸を有するマイクロ
プロセツサ制御式綴じ合せ装置を提供することで
ある。

本発明によれば、綴じ合せ機構を包囲したステ
ツチアツセンブリ、及び綴じ合せ中において複合
材工作片を支持すべく用いられる架台機構を具備
した超薄型ステツチモジユールが提供される。こ
のモジユールは複合材料を円周方向及び長さ方向
のいずれにおいても綴じ合せることができるもの
である。モジユールはこの目的で６本の運動軸を
持つている。そしてこのうちの３本が並進軸であ
り、残りの３本が回転軸である。並進軸は綴じ合
せ中の複合材工作片に平行した並進を行なうため
のＸ軸と、複合材工作片に直交した並進を行なう
ためのＹ軸及び床面に直交した並進を行なうため
のＺ軸からなつている。回転軸はＹ軸に平行な軸
のまわりに回転するα軸と、Ｚ軸に平行な軸のま
わりに回転するβ軸、及びＸ軸に平行な軸のまわ
りに回転するγ軸からなつている。

これらのＸ、Ｙ、Ｚ、α及びγ軸は、一体制御
のためにエンコーダフイードバツク技術を用いた
マイクロプロセツサ型制御システムにより制御さ
れる。これら５本の軸の各々について１つのエン
コーダが用いられる。

Ｙ、Ｚ及びα軸に沿つた運動はステツチアツセ
ンブリの種々の副機構を並進及び回転することに
より達せられ、Ｘ軸及びγ軸に沿つた運動は架台
機構を並進及びに回転させることにより達せられ
る。

Ｚ軸は常套的に単一のサーボ軸として作用する
ため、綴じ合せ中においては割軸として機能する
ことによりステツチアツセンブリが工作片上に存
在する妨害物を回避して進行できるようにしたも
のである。

β軸は位置回転軸である。この軸に沿つた運動
は綴じ合せ動作において直接用いられるステツチ
アツセンブリの３つの副機構のいずれかを回転さ
せることにより可能となる。これらの副機構の
各々の運動はまたマイクロプロセツサにより制御
される。しかしながら他の軸の場合と異なり、こ
れらアツセンブリの位置は光電位置スイツチの列
を介してマイクロプロセツサにより検出される。

ステツチモジユールは更に工作片の内部構造に
接近し、かつ深部を綴じ合せること、強固な綴じ
合せを行なうために工作片上に圧力を加えるこ
と、新たな工作片のための新たな綴じ合せ通路を
プログラムするために自動的にデジタル化するこ
と、及び比較的簡単な綴じ合せのために針の貫通
を助けるよう工作片を加熱することを可能にする
ための多数の補助機構を装備している。

本発明のステツチモジユールは直線通路及び曲
線通路のいずれに沿つても綴じ合せ操作するため
に円周方向及び長さ方向の両方において移動する
ことができる超薄型多軸綴合せ装置である。第１
図はステツチモジユール１、及び円周運動または
長さ方向の運動を行なうために、このステツチモ
ジユールにおいて用いられる６本の運動軸を示す
ものである。これら６本の運動軸は３本の並進軸
及び３本の回転軸からなつている。すなわち綴じ
合せ中の複合材工作片に平行した並進Ｘ軸２と、
工作片に直交した並進Ｙ軸３と、床面に直交した
並進Ｚ軸４と、並進Ｙ軸３に平行した軸のまわり
の回転α軸５と、並進Ｚ軸４に平行した軸のまわ
りの回転β軸６、及び並進Ｘ軸に平行した軸のま
わりの回転γ軸７からなつている。

第２ａ，２ｂ及び３図を参照すると、ステツチ
モジユールは、市場において入手可能な綴じ合せ
機械であるランデイスモデル88型単スレツドチエ
イン綴じ合せ機械を実際の綴じ合せ機能のために
組込んだものである。このランデイス機は２つの
主要な構成部分からなつている。これらの部分は
ニードル（綴針）９と、その関連駆動シヤフト及
びカムを収容したステツチヘツド８、並びにニー
ドル９のまわりにスレツドを巻込むための旋回機
構を含むステツチホーン１０からなつている。

ステツチヘツドはACモータ１２により駆動さ
れる支持構造１１上に取付けられている。綴じ合
せ動作中のβ軸に沿つた運動のため、ステツチヘ
ツドは支持構造の回転を通じて４つの位置の１つ
に向かつて回転する。これらの位置はβ軸に沿つ
て90°間隔に配置された光電スイツチ１３により
特定される。モータ１２は典型的なモータ制御論
理回路１５を介してマイクロプロセツサ型制御装
置１４（第３図）により駆動されるが、光電スイ
ツチは必要な如何なる時間においてもステツチヘ
ツドの位置を検出し、この情報を制御装置に戻し
て、それが動作中のステツチヘツドを位置決めで
きるようにしたものである。

綴じ合せ動作中においてステツチホーン１０
は、常時はステツチヘツド８と関連して動作する
ものである。しかしながら、それは必要に応じて
独自に回転することができる。ステツチホーン１
０はDCモータ１６により回転し、４つの異なつ
た位置のいずれか１つに向かつて回転することが
できる。これらの位置はやはり90°間隔に配置さ
れた光電位置スイツチ１７により特定される。モ
ータ１６はまたモータ制御論理１５を介して制御
装置１４により駆動され、その間位置スイツチ１
７は制御装置１４に位置情報を帰還させて、それ
が動作中のステツチホーン１０を位置決めできる
ようになつている。

ステツチホーン及びそのモータはホーンヨーク
１８と称する支持構造上に取付けられている。こ
のヨークはACモータ１９により駆動され、４つ
の位置のいずれか１つに向かつて回転することが
できる。これらの位置はやはり90°間隔で配置さ
れた光電位置スイツチ２０により特定される。モ
ータ１９はモータ１６と同様、やはりモータ制御
論理１５を介して制御装置１４により駆動され、
その間位置スイツチ２０が制御装置１４に位置情
報を帰還させて動作中におけるホーンヨーク１８
の位置決めを行なうことができるようになつてい
る。

前述した回転機構はステツチヘツド８及びステ
ツチホーン機構１０に対し、β軸に沿つたそれら
の運動における高度な自在性を提供するものであ
る。各機構は４つの位置の１つに向かつて迅速に
移動することができ、これによつてステツチモジ
ユールはその綴じ合せ方向を最短時間において切
換えることができる。したがつてステツチモジユ
ール１は、４方向（＋または−Ｘ、及び＋または
−Ｙ）のいずれかにおいて容易に綴じ合せ動作で
きると共に、速やかに折返して隣接通路を逆方向
に綴じ進むこともできる。これは次の綴じ合せ装
置のためにシステムを位置決めすべく、各綴じ合
せ操作を終了させるに必要な時間を最小化するも
のである。

ステツチヘツド８と支持部１１及びモータ１２
は全て上部ヨーク２１に支持されるが、ステツチ
ホーン１０とモータ１６及びホーンヨーク１８は
全て下部ヨーク２２によつて支持される。上部ヨ
ーク２１及び下部ヨーク２２の一体動作は完全ヨ
ーク２３により行われる。この完全ヨークはＺ軸
に沿つて並進できるように楔合スライドドライブ
機構２４上に摺動可能に取付けられている。

このスライドドライブ機構の頂部にはＺ軸機構
２５が支持される。このＺ軸駆動機構２５はヨー
ク２３を並進させ、更にステツチヘツド８及びス
テツチホーン１０をＺ軸に沿つて移動させるもの
である。このためDCサーボモータ２６及びギア
ボツクス２６′が設けられ、これらは第４ａ図に
最もよく示す通りギアボツクス２６′の出力軸に
取付けられたプーリー２９と、第２のプーリー３
０との間にかけ渡されたベルト２８を介して前記
第２のプーリー３０を支持した頂点ねじ２７を回
転させるものである。モータ２６及びギアボツク
ス２６′がねじ２７を時計方向または反時計方向
のいずれかに回転させると、ヨーク２３、したが
つてステツチヘツド及びステツチホーンは＋また
は−Ｚ軸の方向に並進する。

サーボモータ２６はＺ軸に沿つた速度及び位置
を制御すべく制御装置により用いられる座標速度
サーボループの一部をなすものである。制御装置
１４は多数の典型的なサーボパワー増幅器３１を
用いてステツチモジユール中で用いられるサーボ
モータの速度を制御する。モータ２６の駆動及び
速度制御のために制御装置１４は増幅器群３１に
おける特定のサーボパワー増幅器を選択し、かつ
これを付勢してモータ２６に接続する。

ヨーク２３がＺ軸に沿つて移動する距離は、モ
ータ２６に機械的に連結されたＺ軸エンコーダ３
２によつて特定される。このエンコーダにより収
集された速度情報は制御装置に返送され、それが
工作片に関するステツチヘツドの位置及び速度を
判定し、かつそれらを調整できるようになつてい
る。ヨーク２３がＺ軸に沿つたいずれかの方向に
進行しすぎないようにするため、行過制限用リミ
ツトスイツチ３３が配置される。

ステツチモジユール１はまた所定の工作片上に
存在した場合の何らかの妨害物を回避するため
に、そのＺ軸を分割することができるようになつ
ている。妨害物が接近すると、シリンダ３５はモ
ータ制御論理１５を介してソレノイド３６を付勢
する制御装置により伸長される。このシリンダの
伸長は下部ヨーク２２、したがつてステツチホー
ン１０を下降させて妨害物を回避することができ
るようにする。この運動中において、下部ヨーク
はレール３７を摺動して下降する。これらのレー
ルはスライドドライブ機構２４の両側に支持され
ている。ソレノイドは妨害物を回避した後、消勢
され、これによつてシリンダ３５を後退させて下
部ヨーク及びステツチホーンを前記レール上で上
昇させる。この時点において、Ｚ軸の動作は単サ
ーボ制御軸として概括される。

シリンダ３５の位置は２個の光電位置スイツチ
３８により検出される。１つのスイツチはシリン
ダが後退したときに作動し、他方のスイツチはシ
リンダが伸長したときに作動する。これらの位置
情報は位置制御のための制御装置１４に返還され
る。

第４ａ及び４ｂ図はα軸に沿つたステツチモジ
ユールの運動を示すものである。この運動はヨー
ク２３、更にはステツチヘツド８及びステツチホ
ーン１０を傾けるためのα軸駆動機構４０により
提供される。この軸に沿つた運動については低
速、低電力及び位置決めパーツの正確さが要求さ
れるため、このα軸駆動機構は典型的なSCRモ
ータ制御回路４２を介した上制御装置により制御
される永久磁石モータ４１を用いるものである。
ヨーク２３を傾けるため、このモータのシヤフト
は第４ｂ図に最もよく示す通り、その底部がヨー
クの背面に支持された湾曲扇形歯車４３と組合せ
られている。α軸駆動機構に関連する動作は旋回
軸アツセンブリ４４により行われる。このアツセ
ンブリ上において、ヨーク２３はシヤフト及びベ
アリング機構により回転自在に支持され、α軸に
沿つて傾き、かつ移動できるようになつている。
扇形歯車４３のデザインはステツチヘツド及びス
テツチホーンの＋または−15°までのα軸回転を
許容するものである。α軸に沿つた運動はα軸エ
ンコーダ４５により測定され、このエンコーダ４
５は検出した情報を傾き制御のため制御装置１４
に供給する。過大な傾きを阻止するため、傾き制
限用リミツトスイツチ４６が配置される。

旋回軸アツセンブリ４４は、けた構え構造を有
し、プラツトホーム型基台５０の頂面に支持され
る。Ｙ軸に沿つたステツチモジユールの運動は基
台５０、したがつてステツチヘツド８及びステツ
チホーン１０を＋または−Ｙ方向のいずれかに並
進させるためのＹ軸駆動機構５１により提供され
る。このため基台は複数のトムソンベアリング５
２上に支持され、これらのベアリングは一対のレ
ール５３に摺動可能に係合している。これらのレ
ールはベアリング５２がこれに取付けられた基台
５０を伴つて＋及び−Ｙ方向に並進できるように
するものである。基台５０の並進は、内側ねじ溝
を有するスリーブ５６を介して基台５０に連結さ
れたボールベアリングリードねじ５５を、サーボ
モータ５４により回転させて行われる。

モータ５４はサーボパワー増幅器３１の１つを
介してマイクロプロセツサ型制御装置１４により
制御される。Ｙ軸エンコーダ５７はＹ軸に沿つた
基台５０の運動を測定し、この情報を制御装置に
供給して、それがモータ５４の速度を制御し、動
作中における基台５０を正確に運動させるように
なつている。Ｙ軸用リミツトスイツチ５８はＹ軸
に沿つた基台５０の行過ぎた運動を制限するもの
である。

ステツチモジユール１は更に綴じ合せ動作中に
おいて複合材工作片を支持するための架台機構６
０を具備している。この架台機構はＸ軸及びγ軸
に沿つた運動を可能にすべく用いられる。架台機
構６０は工作片を最適に支持するため、この工作
片の形状に一致した形状を有するステツチ台６１
を有する。このためステツチ台は工作片の概略形
状に一致するようにフアイバーガラスにより成形
される。かくして何らかの形状を有する工作片は
ステツチ台６１をその新たな工作片の形状に一致
した新たなステツチ台と交換することにより容易
にステツチ操作されることができる。

架台機構６０の構造及び動作は第５図に最もよ
く示されている。第５図におけるステツチ台６１
は、航空機の入口ダクト機構（図示せず）を支持
すべく設計されたものである。この場合におい
て、その形状は入口ダクト機構の形状を受入れる
べくドラム状となつている。すでに述べた通り、
異なつた形状を有する異なつた機構をステツチ操
作すべき場合には、その異なつた機構と一致した
新たな架台が用いられるべきである。

ステツチ台６１はねじれ強度及び横向き強度を
考慮して横方向補強リブ６２により支持されてい
る。これらのリブのいずれかの側には、ニードル
９が動作中においてステツチ台６１を貫通するこ
とができるよう適当に間隔したスロツト６３が形
成される。架台の底部は、動作中のステツチホー
ン１０に対する接近を許容すべく開放されてい
る。綴じ合わされるべき工作片は第２ａ図に示し
た位置決めピン６４によりステツチ台上に位置決
めされる。

Ｘ軸及びγ軸に沿つたステツチモジユールの運
動は、これらの軸に沿つて架台機構６０を妥当に
並進させ、もしくは回転させることにより達せら
れる。

γ軸に沿つた運動を許容するため、ステツチ台
６１はシヤフト及びベアリング機構６７によりキ
ヤリツジ６６の支持枠６５の各端部において回転
自在に支持される。この運動はそのシヤフトに支
持したプーリーを回転させるためのDCサーボモ
ータ６９を用いたγ軸駆動機構６８により提供さ
れる。プーリー７０は駆動ベルト７２を介してこ
のベルトをかけ渡したもう一方のプーリー７１を
回転させる。この第２のプーリー７１は、シヤフ
ト及びベアリング機構６７の一方に連結されたも
のである。

モータ６９はサーボパワー増強器３１の一方を
介して制御装置１４により制御される。γ軸エン
コーダ７３は速度及び位置制御のためにγ軸に沿
つたステツチ台６１の速度を測定し、その情報を
制御装置に伝達する。

Ｘ軸に沿つた架台機構６０の運動を可能にする
ため、複数のトムソンベアリング７５上にキヤリ
ツジ６６が支持される。これらのトムソンベアリ
ングは一対のレール７６に摺動自在に係合してい
る。このＸ軸に沿つた運動はサーボパワー増幅器
３１の１つを介して制御装置１４により制御され
るDCサーボモータ８１を用いてＸ軸駆動機構８
０によつて提供される。モータ８１はキヤリツジ
６６に取付けられたねじスリーブ８３と係合する
ボールベアリングリードねじ８２を回転させるも
のである。ねじ８２が回転するとキヤリツジ６
６、そして究極的には架台機構６１が正または負
のＸ方向に並進する。

このＸ軸に沿つた架台機構６０による運動はＸ
軸エンコーダ８４により測定され、その間におい
て一対の行過ぎ制限用スイツチ８５が安全限度を
超えるような運動を阻止するものである。エンコ
ーダにより測定されたデータは制御装置１４への
帰還路に供給され、その制御装置は動作中におけ
るステツチ台６０の運動を適正に制御するように
なつている。

多数の補助機構を用いることにより、このステ
ツチモジユールの適応範囲及び速度を高めると共
に、その綴じ合せの品質を改良できることが確認
されている。

例えば、第２ａ及び２ｂ図に示す通り、２個の
制御可能な強制空気加熱器が装備され、綴じ合せ
加工中の薄層型工作片の頂部側及び底部側の双方
をニードルの突入前に加熱できるようになつてい
る。頂部側加熱のためには、第２ｂ図に示された
チユーブ９０が、工作片においてステツチヘツド
８のニードル９が貫通する部分を含む領域に強制
加熱空気を導びく。チユーブ９０はステツチヘツ
ド８においてニードル９に平行して取付けられ
る。

底部側加熱の場合、ステツチホーン１０に近接
して第２のチユーブ９１が装備される。このチユ
ーブ９１もまた工作片に強制加熱空気を導びくも
のであるが、その空気はニードル９が貫通する部
分を含む領域の底部側に導びかれる。

チユーブ９０及び９１により導びかれた加熱空
気の温度は工作片内の繊維が破損せず、かつニー
ドル上に工作片内の樹脂が堆積したり摩擦を生じ
たりすることを減少させるため、その工作片がゆ
るやかに軟化するように調節される。

第６図はステツチモジユール１にステツチ動作
中の構造深部到達能力を与えるための垂直配置さ
れたニードルシヤフト突起９５を示すものであ
る。これは基本型のランデイス機におけるニード
ルホルダー（図示せず）の突起であり、一端にお
いてこのようなホルダーに連結されている。他端
にはニードル９がボルト締めにより固定されるニ
ードルシヤフト突起９５のこのような設計は、高
い直立フレームの細部（例えば９インチの高さ）
に対して綴じ合せ中の工作片外被に、ニードル９
を近づけて配置することを可能にするものであ
る。この場合ステツチモジユール１は、基本型ラ
ンデイス機の設計に個有のニードルストローク量
を利用することができる。

第６図はさらに、工作片外被の綴じ合せ動作中
において、ステツチ台６０と接触した状態に維持
して堅固な綴じ合せを形成すべく用いられる加圧
フツトローラ機構９６を示している。ローラ機構
９６は垂直配置されたスプリング負荷を有するシ
ヤフト９９の一端にボルト締めされた軸駆動機構
９８上に回転自在に取付けられた加圧ローラ９７
からなつている。シヤフト９９はこのシヤフトを
包囲するスリーブ１０１により、これに連結され
たスプリング１００によるスプリング負荷を有す
る。このスリーブ１０１もまたシヤフト９９を包
囲するものである。ローラ９７により所定の複合
材工作片上に加えられる圧力はマイクロプロセツ
サ型制御装置１４により加圧フツトソレノイド１
０２、したがつてシヤフト９９の頂部に取付けら
れたエアーシリンダ（図示せず）を駆動して発生
するものであり、シヤフト９９及び加圧ローラ９
７の下向き垂直変位を生ずるようになつている。
制御装置１４は加圧ローラ９７が綴じ合せ動作中
において適正な位置となるように単一の光電位置
スイツチ１０３による情報を用いるものである。
このスイツチはローラが綴じ合せ動作中において
妥当な突出位置にあるか否かを検出し、この情報
を制御装置１４に帰還させるものである。

綴じ合せ動作中において、ローラ機構９６はニ
ードル後退の際に複合材を押し下げることにより
ニードル９の綴じ合せ作用と関連して動作するも
のである。ローラはまたステツチモジユールによ
つて用いられるスレツドを、工作片の複合材表面
より生め込むことにより強固な綴じ合せを形成す
る補助を行なうものである。本発明の好ましい実
施例において用いられた型はケルバースレツドで
ある。

すでに述べた通り、本発明においては基本型ラ
ンデイス機の旋回及びニードル機構が組込まれ
る。しかしながらこれらの機構が共通シヤフト及
びモータにより駆動されるようなランデイス機に
用いられた構成とは異なり、このステツチモジユ
ールにおいては分離したDCモータにより２つの
機構が分離独立して駆動されるようになつてい
る。

ニードル９はステツチヘツド８に支持されてお
り、DCサーボモータ１０５によつては駆動され
る。このサーボモータ１０５は増幅器群３１の１
つを介して制御装置１４により制御されるサーボ
ループの一部をなすものである。２個の光電位置
スイツチ１０６はニードル９が上端位置にある
か、下端位置にあるかを検出し、この情報を制御
のために制御装置１４に帰還させるものである。
このような制御回路構成を通じて、１ステツチ／
秒または50.8cm／分（20インチ／分）のステツチ
速度が達せられる。

旋回機構の回転（図示せず）のためにニードル
９が工作片を貫通するときに、そのニードルのま
わりをスレツドで巻込むような機構としてDCモ
ータ１０７を含むものが用いられる。

このモータもまた制御装置１４により制御され
る。これはモータ制御論理１５を介して行われ
る。90°間隔において配置された４個の光電位置
スイツチ１０８は制御装置１４に旋回機構の動作
を制御するに必要な位置情報を提供する。

ステツチモジユール１において用いられる光電
位置スイツチは典型的に設計されたものであり、
各々発光ダイオード（LED）及びフオトトラン
ジスタからなつている。これらのスイツチと関連
して動作するステツチモジユールの各回転部材上
には幅約3.175mm（0.125インチ）の単葉シヤツタ
ーが配置される。これらのシヤツターが種々のス
イツチにおけるLED−フオトトランジスタ対を
順次通過すると、これに伴つてパルスが発生し、
このパルスは制御装置１４により監視され、制御
中の機構の位置が判断される。

ステツチモジユールの全制御システムは第３図
に示されている。この制御システムの心臓部はマ
イクロプロセツサ型制御装置１４である。マイク
ロプロセツサ型制御装置１４のアーキテクチユア
（構造）は３個のシングルボードマイクロコンピ
ユータからなつている。これらのマイクロコンピ
ユータはマスター制御マイクロコンピユータ１０
９と、データ制御マイクロコンピユータ１１０、
及びモータ制御マイクロコンピユータ１１１を含
むものである。好ましい実施例においては、イン
テルコーポレイシヨンにより製造販売されている
標準シングルボードマイクロコンピユータ、モデ
ル80／30が用いられ、それらはIntel8085マイク
ロプロセツサ及び8KオンボードROM及び16Kオ
ンボードRAMを採用している。しかしながらこ
れらと同等なコンピユータまたはハードウエア回
路を用い得ることは明らかである。

マスター制御マイクロコンピユータ１０９はシ
ステム全体の制御シーケンスを管理するために応
答動作するものであり、オペレータがシステム端
子１１２を介して制御システムを接続できうよう
にしたものである。

データ制御マイクロコンピユータ１１０はステ
ツチ動作中においてパーツプログラムデータの全
てをリアルタイムで取扱い、かつ処理するもので
あるが、これらのプログラムデータは種々の工作
片についてステツチ通路を限定するのに用いられ
る。このパーツプログラムデータは典型的なデユ
アルフロツピデイスクドライブ１１３内に格納さ
れたフロツピデイスクにストアされる。データは
その処理時において、モータ制御マイクロコンピ
ユータ１１１に供給される。

モータ制御マイクロコンピユータ１１１はステ
ツチモジユールを通じて用いられるモータ及びソ
レノイドを付勢するものである。マイクロコンピ
ユータ１１１はまたステツチモジユールを通じて
用いられる光電位置スイツチ及び行過ぎリミツト
スイツチを監視するものである。

マイクロプロセツサ型制御装置１４は、インテ
ルコーポレイシヨンのマルチバス−マルチプロセ
ツサ機構に基づくバスアーキテクチユアを用いて
いる。三つのマイクロコンピユータ１０９，１１
０及び１１１とシステムメモリ（8KROM）及び
（32K RAM、図示せず）及びフロツピーデイス
クなどのある種の周辺装置は、このシステムバス
を介してい互いに連結されている。位置スイツチ
またはリミツトスイツチを監視するなどのような
特定の適用については、データをシステムを通じ
て送らず、そのような機能のために応答する特定
のマイクロコンピユータに直接ワイヤ接続するよ
うな典型的なＩ／Ｏ回路カードが用いられる。

制御システムをアクセスするためのオペレータ
用主インターフエイスであるシステム端子１１２
は、典型的なインターフエイス回路を介してマス
ター制御マイクロコンピユータと通じている典型
的なCRT端子である。システム端子１１２に加
えて小型携帯用のオペレータリモート制御ステー
シヨン１１４が用いられ、オペレータが遠隔地点
からシステム動作を制御しやすいようになつてい
る。ステーシヨン１１４はシステムバスを通じて
はデータを送らない典型的なＩ／Ｏ回路カードを
介してマスター制御マイクロコンピユータに通じ
ている。

各マイクロコンピユータのための実行オペレイ
テイングシステムのソフトウエアは、オンボード
ROMに入れられている。好ましい実施例におい
て、このソフトウエアはインテル社より販売され
ているパツケージであり、RMX−80と称されて
いる。このソフトウエアは、多目的環境における
リアルタイム割込処理、システムターミナル通
信、タスク間通信、及びデイスクフアイル管理を
行なうことができる。各マイクロプロセツサによ
り遂行される機能が異なるため、このパツケージ
のわずかに異なつたバージヨンが各マイクロコン
ピユータにおいて用いられる。

マイクロプロセツサ型制御装置１４は、未だ綴
じ合わせ加工されていない航空機パーツを綴じ合
わせ加工するに必要な幾何学的、及び補助的な運
動をそれ自身で教導する能力をもつている。この
自己デジタル化機能のために、デジタル化制御ス
テーシヨン１１６が用いられ、これによつてオペ
レータがステツチヘツド８を綴じ合わせ加工され
るべき工作片の通路に沿つて手動で進められるよ
うになつている。デジタル化制御ステーシヨン１
１６は動作時において、制御装置１４を介し、こ
の自己デジタル化機能を実施するための種々の機
能を開始させるための多数の機能スイツチによつ
て構成されている。このオペレーシヨンモードに
おいて、ステツチヘツドは種々の所望の位置に移
動させられ、しかる後データ制御マイクロプロセ
ツサ１１０を介して作動する。システムのデジタ
ル化プログラムがＸ、Ｙ、Ｚ、α及びγ軸のエン
コーダによつて測定された座標値並びにβ軸の位
置スイツチにより提供された位置情報及びその他
の関数を記憶するものである。

ここで第７図を参照すると、オペレータがデジ
タル化機能遂行中のステツチモジユールを設定す
ることを補助するためのデジタル化アダプタ１２
０の形状が示されている。デジタル化アダプタ１
２０は、加圧ローラ９７を取付けた同一のシヤフ
ト９９上に支持されている。このアダプタはシヤ
フト９９の一端に取付けられ、オペレータにより
ステツチヘツド８を位置決めすべく用いられるポ
インタ１２１を有する。このアダプタは工作片の
面に対するステツチヘツドの垂直な位置、及びス
テツチ台６１のスロツト６３に関する位置の指示
をオペレータに与えるものである。この情報はス
テツチモジユールを自己デジタル化機能のために
位置決めすべく用いられる。垂直な位置の指示
は、各々全長の４分の１がアダプタ１２０の底部
に取付けられた小型三脚１２２を監視することに
より達せられる。工作片の表面に三脚のすべてを
同時に配置することにより、オペレータはステツ
チヘツドが工作片の表面に対し直角となるように
することができる。

オペレータによる位置決めの不正確を補償する
ためにデジタル化アダプタ１２０は、その中間に
おいて、ポテンシヨメータ１２３を支持してい
る。ポテンシヨメータ１２３は架台面のステツチ
ニードルに関する垂直高さを測定し、これによつ
てステツチ動作の開始前にニードル９のために工
作面の上方におけるＺ軸開始位置を提供するもの
である。

デジタル化機能のため、ステツチモジユール１
はデジタル化プログラムを有する。このプラグラ
ムを介してオペレータは現存のパーツプログラム
フアイルの更新または編集を容易に行なうことが
できる。

新たなパーツプログラムフアイルを形成する場
合に、デジタル化プログラムにより追従される汎
用ルーチンを示すフローチヤートは第８図に示さ
れている。このルーチンは新たなフアイルを形成
するために、デジタル化制御ステーシヨン１１６
を介して提供されたオペレータの要求により枠１
３０において開始される。このCRT端子は新フ
アイルのための特定ネームを指定するために用い
られる。この要求に応じてマスター制御プロセツ
サ１０９はこのルーチンの実行を調整し、データ
制御マイクロプロセツサ１１０に対し１３１で示
すように新デイスクフアイルを形成するように命
令する。データ制御マイクロプロセツサは、ここ
でパーツプログラムフアイルをストアするための
ドライブ１１３におけるフロツピーデイスクの一
つの上に新たなフアイルを形成する。しかる後、
そのマイクロプロセツサはマスター制御マイクロ
プロセツサに対し、それが完了したことを告知す
る（枠１３２）。マスター制御マイクロプロセツ
サ１０９は、モータ制御マイクロプロセツサ１１
１に対し、枠１３３で示すように自己デジタル化
機能を開始できる状態になつたか否かを質問す
る。モータ制御マイクロプロセツサ１１１がその
準備完了を指示すると、オペレータは手操作によ
り座標位置、制御軸を新たな位置に進める。すな
わち、手操作信号機能により不連続な軸を選択的
に配置するものである。オペレータがシステムの
新しい位置要求を満すと、彼は“エンターパーツ
プログラム”と名付けられた制御システム１１６
上のスイツチを押すことにより、システムが新た
なシステム位置に入ること（枠１３４参照）を命
令する。データ制御マイクロプロセツサ１１０
は、ここで新たな位置情報を新たなプログラムフ
アイルに入れ、しかる後、データ制御マイクロプ
ロセツサ１１０がマスター制御マイクロプロセツ
サ１０９に対し、その位置の情報がストアされ、
かつフローチヤートの枠１３５で示すように次の
位置をストアする準備ができたことを知らせるも
のである。この点において、オペレータはシステ
ムを手操作によりストアされるべき次の位置にも
たらし、かつストア要求を繰り返すか、またはそ
のルーチンを終了するものである。

第９ａ図及び９ｂ図には現存するパーツプログ
ラムフアイルの編集においてデジタル化プログラ
ムにより辿られる汎用ルーチンを示すフローチヤ
ートが示されている。このルーチンはシステム端
子１１２または制御ステーシヨン１１４を介して
出された特定フアイルの編集に関するオペレータ
要求によつて開始される（エントリー１４０参
照）。この要求に応答してマスター制御マイクロ
プロセツサ１１９はデータ制御マイクロプロセツ
サ１１０に対し、読出し及び編集のために現存の
デイスクフアイルを開き、かつプロセツサ１４１
において示す通り、編集されたフアイルのための
新しいフアイルエリアを発生するように命令す
る。次いでデータ制御マイクロプロセツサ１１０
は、マスター制御マイクロプロセツサ１０９に対
しタスクが行なわれていることを告知する（プロ
セス１４２参照）。この点においてオペレータは
デジタル化制御ステーシヨンに配置された“スタ
ート”スイツチを押すことによりフアイル中のデ
ータの再生を自動的に開始することができる。こ
れはマスター制御マイクロプロセツサ１０９をし
てデータ制御マイクロプロセツサ１１０に対し、
フアイルからのデータ除去を開始させ、かつそれ
を処理してモータ制御マイクロプロセツサに送る
べく命令させる（ブロツク１４３参照）。データ
制御装置はプロセツサ１４４に見られる通り、マ
イクロプロセツサ１０９を介してオペレータから
発せられたストツプ命令を検出するまでフアイル
からのデータ除去を続行する。オペレータは彼が
編集を望む点に達したとき、この命令を入れてや
はり制御ステーシヨン１１６に配置された“スト
ツプ”スイツチを押圧する。この時点でオペレー
タは座標位置制御軸を新たな位置へ手操作により
進める。すなわち手操作機能を介して選択的に不
連続な軸を設定する。再びオペレータがシステム
の新たな位置を確立すると、彼は制御ステーシヨ
ンの“エンターパーツプログラム”スイツチを押
してデータ制御マイクロプロセツサに対しフアイ
ル中にその新たな点を入れるよう命令する（プロ
セス１４５参照）。選択的に、彼は制御ステーシ
ヨン１１６上の“リムーブパーツプログラム”ス
イツチを押すことにより再生された直後のデータ
を除去することができる。“スタート”スイツチ
の押下げは再生シーケンスを再び第９ａ図におけ
る１４６で示すように続行する。データ制御マイ
クロプロセツサが最終データ点に到達すると、そ
れはこのマイクロコンピユータによりオペレータ
に指示される（第９ｂ図１４７参照）。この点に
おいてオペレータは付加的な点に入るか（ブロツ
ク１４８参照）、またはステーシヨン１１６上の
“エンド”スイツチを押すことにより、フアイル
１４９を閉じるかの選択を行なう。

通常の綴じ合せオペレーシヨン中においてステ
ツチモジユールは前述したデジタル化段階中にデ
イスクフアイルにストアされたデータを用いる。
綴じ合せオペレーシヨンは与えられたフアイルの
各点がデータ制御マイクロプロセツサ１１０によ
る指令に従つて取り出されるような自動ステツチ
ランを含むものである。データが不連続位置にあ
る軸の押進め機能を意味する場合、オペレーシヨ
ンはモータ制御マイクロプロセツサ１１１により
遂行される。それが位置座標セツトであれば、デ
ータ制御マイクロプロセツサ１１０はその現在位
置からステツチ台面に沿つて新たな座標位置に達
するまでの距離を評価すべく、線形補間手法を用
いてリアルタイム計算を行なう。この評価された
距離はデジタル化シーケンス中に入れられたピツ
チ長さにより割算される。その解答は現在位置と
次のデイスクフアイル位置との間に配置されるべ
きステツチ数である。各軸により進行されるべき
距離は計算直後のステツチ数により割算される。
これは各ステツチにおける各軸のためのインクリ
メント移動要求となる。すべての軸に対して繰返
しインクリメント値を適用すると、現在位置と次
のデジタル化値との間のステツチ位置が発生す
る。プロシージヤの２つの型、すなわち不連続軸
の周りの押進め機能またはステツチ通路のリアル
タイム計算を用いることにより、全フアイルはデ
ータ制御マイクロプロセツサ１１０の制御を受け
て再生され、その結果、工作片をデイスクフアイ
ルにストアされたデータに従つて綴じ合せ加工す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は６本の運動軸を有するステツチモジユ
ールの斜視図、第２ａ図はそのステツチモジユー
ルの側面図、第２ｂ図はそのステツチモジユール
のステツチヘツドを示す正面図、第３図はステツ
チモジユール制御システムの全ブロツク線図、第
４ａ図はα軸に沿つたステツチアツセンブリーの
運動を示すためのステツチモジユールの斜視図、
第４ｂ図はα軸に沿つたステツチアツセンブリー
を移動させるべく用いられる扇型歯車を示すため
のステツチモジユールの後方から見た部分斜視
図、第５図はγ軸に沿つた架台機構の運動を示す
ための架台機構斜視図、第６図はステツチヘツド
におけるニードル突出アーム及び加圧フツトロー
ラ機構の拡大斜視図、第７図は制御システムのマ
イクロプロセツサを新たなステツチ通路情報によ
りプログラムすべく用いられるデジタル化アダプ
タの正面図、第８図は新たなパーツプログラムフ
アイルを形成するためのソフトウエアルーチンを
示す汎用フローチヤート、第９ａ図及び９ｂ図は
現存パーツプログラムフアイルを編集するための
ソフトウエアルーチンを示す汎用フローチヤート
である。 ８……ステツチヘツド、１０……ステツチホー
ン、１２……ACモータ、１４……制御装置、１
６……DCモータ、１９……ACモータ、２５……
Ｚ軸駆動機構、４０……α軸駆動機構、５１……
Ｙ軸駆動機構、６８……γ軸駆動機構、８０……
Ｘ軸駆動機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複合材薄層型工作片を綴じ合せるためのステ
   ツチモジユールであつて、 (a) 前記工作片を綴じ合せるための手段と、 (b) 綴じ合せ加工中において前記工作片を支持す
   るための支持手段と、 (c) 前記綴じ合せ手段と連結されており、前記綴
   じ合せ手段を並進もしくは回転させることによ
   り、前記工作片の表面に沿つた直線通路もしく
   は湾曲通路において綴じ合せ操作させるための
   複数の駆動手段、及び (d) 前記駆動手段の動作を制御すべくその駆動手
   段に接続された制御手段を備え、 (e) 前記複数の駆動手段が、 前記綴じ合せ手段を３本の互いに直交した
   並進軸に沿つて並進させるための手段であつ
   て、前記綴じ合せ手段に係合し、かつ制御手
   段に接続されてなる並進手段と、 前記綴じ合せ手段をそれぞれ前記並進軸の
   各１つに平行した軸を包囲する３つの回転軸
   に沿つて回転させるための手段であつて、前
   記綴じ合せ手段と係合し、かつ前記制御手段
   に接続されてなる回転手段、 を含むことを特徴とするステツチモジユール。 ２ 複合材薄層型工作片を綴じ合せるためのステ
   ツチモジユールであつて、 (a) 前記工作片を綴じ合せるための手段と、 (b) 綴じ合せ加工中において前記工作片を支持す
   るための支持手段と、 (c) 前記綴じ合せ手段及び前記支持手段と連結さ
   れており、前記綴じ合せ手段及び前記支持手段
   を並進もしくは回転させることにより、前記工
   作片の表面に沿つた直線通路もしくは湾曲通路
   において綴じ合せ操作させるための複数の駆動
   手段、及び (d) 前記駆動手段の動作を制御すべくその駆動手
   段に接続された制御手段を備え、 (e) 前記複数の駆動手段が、 前記綴じ合せ手段を第１の並進軸に沿つて
   並進させるための手段であつて、前記綴じ合
   せ手段に係合し、かつ制御手段に接続されて
   なる、第１の並進手段と、 前記綴じ合せ手段を前記第１の並進軸に直
   交し第２の並進軸に沿つて並進させるための
   手段であつて、前記綴じ合せ手段に係合し、
   かつ制御手段に接続されてなる、第２の並進
   手段と、 前記綴じ合せ手段を前記第１及び第２の並
   進軸に直交した第３の並進軸に沿つて並進さ
   せるための手段であつて、前記綴じ合せ手段
   に係合し、かつ制御手段に接続されてなる、
   第３の並進手段と、 前記綴じ合せ手段を前記第１の並進軸と同
   軸又は平行した軸を包囲する第１の回転軸に
   沿つて回転させるための手段であつて、前記
   綴じ合せ手段と係合し、かつ前記制御手段に
   接続されてなる第１の回転手段、 前記綴じ合せ手段を前記第２の並進軸と同
   軸又は平行した軸を包囲する第２の回転軸に
   沿つて回転させるための手段であつて、前記
   綴じ合せ手段と係合し、かつ前記制御手段に
   接続されてなる第２の回転手段、 前記綴じ合せ手段を前記第３の並進軸と同
   軸又は平行した軸を包囲する第３の回転軸に
   沿つて回転させるための手段であつて、前記
   綴じ合せ手段と係合し、かつ前記制御手段に
   接続されてなる第３の回転手段、 を含むことを特徴とするステツチモジユール。 ３ 前記支持手段が工作片の形状に一致した形状
   の架台を交換可能に装備したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載のステツチ
   モジユール。 ４ 前記綴じ合せ手段が工作片の深部構造に達す
   るための突出ニードルシヤフトを含むことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   ステツチモジユール。 ５ 前記綴じ合せ手段がさらに、工作片において
   前記突出ニードルシヤフトが前記工作片を貫通す
   る領域を加熱するための手段を含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載のステツチモジユ
   ール。 ６ 前記綴じ合せ手段がさらに、綴じ合せ加工中
   の工作片において、前記突出ニードルシヤフトが
   貫通する領域に圧力を加えるための手段を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のステ
   ツチモジユール。 ７ 前記加圧手段が加圧フツトローラ機構からな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
   ステツチモジユール。 ８ 前記ステツチモジユールがさらに、前記綴じ
   合せ手段に取り付けられ、かつ前記制御手段に接
   続されており、前記制御手段に対して工作片のた
   めのステツチ通路情報を供給するための自己教導
   手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項記載のステツチモジユール。 ９ 前記自己教導手段が、 (a)() 前記綴じ合せ手段の主体をなすステツチ
   ヘツドを工作片に関して位置決めするために
   その外周にポインタを有するシヤフトと、 () 前記ステツチヘツドを前記工作片の表面
   に関し垂直にするために前記シヤフトの外周
   に取り付けられた複数のレベル設定脚、及び () 前記ポインタに摺動的に連結されてお
   り、前記綴じ合せ手段の前記工作片表面から
   の高さを測定し、その測定出力を前記制御手
   段に接続するためのポテンシヨメータ を含むデジタル化アダプタと、 (b) 前記綴じ合せ手段の前記工作片に関する位置
   を測定するための手段、並びに (c) 前記位置測定値をストアするために、その測
   定値を前記ステツチモジユールを操作すべく用
   いるための手段 を含むことを特徴とする特許請求の範囲第８項記
   載のステツチモジユール。 １０ 前記制御手段がコンピユータからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載のステツチモジユール。 １１ 他端が上部ヨークに取り付けられた支持手
   段の一端に回転自在に取り付けられており、前記
   上部ヨークに支持された第１の回転駆動機構に連
   結されたことにより、第１の回転軸に沿つて回転
   することができるステツチヘツドと、 下部ヨークに回転自在に支持されたホーンヨー
   ク上に回転自在に取り付けられており、前記ホー
   ンヨークに支持された第２の回転駆動機構に連結
   されたことにより、前記第１の回転軸に沿つて回
   転することができるとともに、前記下部ヨークに
   支持された第３の回転駆動機構に連結されたこと
   により、前記第１の回転軸に沿つて前記ホーンヨ
   ークを回転することができるようにしたステツチ
   ホーンと、 前記上部及び下部ヨークを摺動可能に支持して
   おり、これによつて前記上部及び下部ヨークを互
   いに連結するためのスライドドライブ機構であつ
   て、この機構上に取り付けた第１の並進駆動機構
   により前記上部及び下部ヨーク機構を第１の並進
   軸に沿つて並進させるための前記スライドドライ
   ブ機構と、 前記スライドドライブ機構を回転自在に支持し
   た基台であつて、その基台内に支持された第４の
   回転駆動手段により前記スライドドライブ機構を
   回転させるようになつており、これによつて前記
   ステツチヘツド及びステツチホーンを第２の回転
   軸に沿つて回転させることができ、それ自身は第
   １の複数のベアリング機構を介して第一対のレー
   ル上に摺動自在に支持されるとともに、第２の並
   進駆動機構によりそれ自身と、前記ステツチヘツ
   ド及びステツチホーンが、前記第１の回転軸に直
   交した第２の並進軸に沿つて並進することができ
   るようにした前記基台と、 キヤリツジ上に回転自在に支持された架台を含
   み、その架台が前記キヤリツジ上に支持された第
   ５の回転駆動機構により第３の回転軸に沿つて回
   転するようになつているとともに、前記キヤリツ
   ジが第２の複数のベアリング機構を介して第二対
   のレール上に摺動自在に支持され、かつ第３の並
   進駆動機構に連結されたことにより、前記キヤリ
   ツジ及び前記架台を前記第１及び第２の並進軸に
   直交した第３の並進軸に沿つて並進させるための
   架台機構、及び 前記複数の駆動機構をストアされた少なくとも
   １つのパーツフアイルに従つて作動させるための
   マイクロプロセツサ制御システム を備えたことを特徴とする複合材薄層型工作片を
   綴じ合せ加工するためのステツチモジユール。 １２ 前記架台を工作片の形状に従つた形状と
   し、かつ交換可能としたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１１項記載のステツチモジユール。 １３ 前記ステツチヘツドが、 (a) 工作片の深部構造に達するための突出ニード
   ルシヤフトと、 (b) 前記ニードルシヤフトが工作片を貫通する領
   域において、前記工作片に圧力を加えるための
   加圧フツト手段、及び (c) 前記ニードルシヤフトが工作片の深部構造に
   到達する領域において工作片に熱を導くための
   少なくとも１本のチユーブ を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１１項
   記載のステツチモジユール。 １４ 前記ステツチモジールがさらに、前記ステ
   ツチヘツドを位置決めするためのデジタル化アダ
   プタであつて、 (a) 前記ステツチヘツドを工作片に関して位置決
   めするためのポインタを有するシヤフトと、 (b) 前記ステツチヘツドを工作片の表面に関して
   垂直にするための前記シヤフトを包囲した複数
   の脚部、及び (c) 前記ポインタに摺動自在に取り付けられたこ
   とにより前記ステツチヘツドの工作片に関する
   高さを測定するためのポテンシヨメータ を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１１項
   記載のステツチモジユール。 １５ 複合材薄層型工作片を綴じ合せるためのス
   テツチモジユールであつて、 (a) 前記工作片を綴じ合せるための手段と、 (b) 綴じ合せ加工中において前記工作片を支持す
   るための手段と、 (c) 前記綴じ合せ手段に連結されており、前記綴
   じ合せ手段を並進もしくは回転させることによ
   り、前記工作片の表面に沿つた直線通路もしく
   は湾曲通路において綴じ合せ操作させるための
   複数の駆動手段と、 (d) 前記駆動手段の動作を制御すべくその駆動手
   段に接続された制御手段、及び (e) 前記綴じ合せ手段に取り付けられ、かつ前記
   制御手段に連結された手段であつて、前記制御
   手段に対し、工作片のためのステツチ通路情報
   を供給するための自己教導手段とを備え、 前記自己教導手段は、 デジタルアダプタであつて、 () 前記綴じ合せ手段の主体をなすステツ
   チヘツドを工作片に関して位置決めするた
   めのポインタを有するシヤフトと、 () 前記シヤフトのまわりに取り付けられ
   た複数のレベル設定脚であつて、前記ステ
   ツチヘツドを前記工作片の表面に関して垂
   直にするためのもの、及び () 前記綴じ合せ手段における前記工作片
   表面上の上方の高さを測定するために前記
   ポインタに摺動自在に連結されたポテンシ
   ヨメータであつて、その出力を前記制御手
   段に供給するようにしたものと、 前記綴じ合せ手段の前記工作片に関する位
   置を測定するための手段、及び 前記位置の測定をスタートするとともに、
   前記測定値を前記ステツチモジユールを作動
   させるべく用いるための手段 を備えたものであることを特徴とするステツチモ
   ジユール。